CN1217423C - 发光二极管装置的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种发光二极管装置的制造方法，该发光二极管具有单一打线接合特征。此发光二极管装置具有一形成于一绝缘基板上的GaN型半导体层叠状结构。一环状隔绝部分例如一渠沟或一由离子注入所形成的高电阻性部分形成于GaN型半导体叠状结构中。一p型电极形成于该中央p型层且未电连接于该周缘p型层。一导电层经由涂覆而覆盖该绝缘基板的侧壁与底表面且欧姆接于该n型层。依据本发明，导电层可形成为一镜状反射器或一透光层。

Description

发光二极管装置 的制造方法

技术领域

本发明涉及一种发光二极管(LED)装置及其制造方法。本发明尤其涉及一种由GaN型化合物半导体材料所形成的LED装置，其侧壁与底表面均由一导电层覆盖，以及此种发光二极管装置的制造方法。

背景技术

近年来，使用GaN型化合物半导体作为制造蓝光、绿光、或蓝绿光发光装置，例如蓝光LED或蓝光激光二极管(laser diode，LD)的材料已愈来愈受到注意。举例而言，蓝光LED通常具有下列结构：包含至少一n型GaN型化合物半导体层、一有源层，由本征或有掺杂的GaN型化合物半导体材料所形成、以及至少一p型GaN型化合物半导体层，其依次叠制于一基板上。

在制造现有的蓝光LED时，经常使用透明的蓝宝石作为形成蓝光LED的基板的材料。不同于其他半导体发光装置所用的半导体基板，蓝宝石为一电绝缘材料。因而，不可能直接形成n型电极于蓝宝石基板上。解决此问题的方法为：借助于蚀刻蓝光LED使n型GaN型化合物半导体层部分显露出，以提供一可使n型电极有效地形成的导电表面。

参照图1以更具体了解前述现有的蓝光LED，现有的蓝光LED主要包括一蓝宝石基板101、一n型GaN型化合物半导体层102、一有源层103，由一本征或有掺杂的GaN型化合物半导体材料所形成、以及一p型GaN型化合物半导体层104。如前所述，一n型电极105形成于n型GaN型化合物半导体层102的显露表面上，而一p型电极106形成于p型GaN型化合物半导体层104上。

然而，图1所示的现有的蓝光LED具有下文所述的若干缺点。首先，当蓝光LED的绝缘蓝宝石基板101安置于杯型引线框107的表面上时，蓝光LED的绝缘蓝宝石基板101无法与杯型引线框107形成电连接。为了电连接蓝光LED与杯型引线框107，必须使用一金属接合线108，使n型电极105电性接合至杯型引线框107的表面，如图2所示。既然必须使用另一金属接合线109，使p型电极106电接合至一分离的引线框110，故打线接合制作工艺必须进行二次，以完全接合现有的蓝光LED。此外，金属接合线109最好是经由一接合垫111而接合至p型电极106。由于二次打线接合特征，现有的蓝光LED的制作工艺复杂度与蓝光LED的晶粒尺寸都大大增加，导致高的制造成本。

另外，如图3所示，现有的蓝光LED的电极105，106的结构与排列是非对称的，其中图3是图1所示的蓝光LED的顶视图。所以，现有的蓝光LED中的电流不会以对称且沿着上下方位的方向流动。因此，现有的蓝光LED难以实现均匀的电流分散特征。既然电流分散特征是不均匀的，故现有的蓝光LED中存在有若干个高电流密度点，其容易于操作中产生损害。

而且，众所周知的静电放电(electrostatic discharge，ESD)问题不可避免地发生于绝缘蓝宝石基板101中。前述缺点大大降低现有的蓝光LED的性能与可靠度。

据此，期望能提供一种实现单一打线接合特征的蓝光LED，不会大大增加制作工艺复杂度与制造成本。也期望能提供一种实现均匀的电流分散特征且免于ESD问题的蓝光LED。而且，期望能提供一种底表面上设有镜状反射器的蓝光LED，藉以增加蓝光LED的发光效率。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种发光二极管装置，其具有单一打线接合特征。因此制作工艺复杂度简化且制造成本降低。

本发明的另一目的在于提供一种发光二极管装置，其具有均匀的电流分散特征。

本发明的又一目的在于提供一种发光二极管装置，其免于静电放电问题。

本发明的再一目的在于提供一种发光二极管装置，其具有一形成于底表面上的镜状反射器。

依据本发明的第一方面，一种发光二极管装置包括：一绝缘基板；一层叠状半导体结构，具有一第一GaN型半导体层，形成于该绝缘基板的顶表面上；一有源层，形成于该第一GaN型半导体层上方，用以产生光；以及一第二GaN型半导体层，形成于该有源层上方，其中形成有一环状渠沟，以使该第二GaN型半导体层分离成一中央第二GaN型半导体层与一周缘第二GaN型半导体层且使该有源层分离成一中央有源层与一周缘有源层；一第一电极，形成于该中央第二GaN型半导体层且未电连接于该周缘第二GaN型半导体层；以及一导电层，经由涂覆而覆盖该绝缘基板侧壁与底表面且欧姆接触于该第一GaN型半导体层。

依据本发明第一方面的发光二极管装置的制造方法包括：准备一绝缘基板；形成一第一GaN型半导体层于该绝缘基板上；形成一有源层于该第一GaN型半导体层上方，用以产生光；形成一第二GaN型半导体层于该有源层上方；形成一环状渠沟，以使该第二GaN型半导体层分离成一中央第二GaN型半导体层与一周缘第二GaN型半导体层且使该有源层分离成一中央有源层与一周缘有源层；形成一第一电极于该中央第二GaN型半导体层上且未电连接至该周缘第二GaN型半导体层；以一弹性卷带覆盖该第一电极；以及涂覆一导电层，以完全覆盖该绝缘基板的侧壁与底表面且欧姆接触于该第一GaN型半导体层。

依据本发明的第二方面，一附着层形成于该绝缘基板的侧壁与底表面上，随后形成该涂覆导电层于附着层上方。该附着层用以增强该第一电极与该导电层间的粘附性。

依据本发明的第三方面，该导电层为一透光层。关于该透光导电层，可使用一铟锡氧化物层、一镉锡氧化物层、一氧化锌层、或一薄金属层，该薄金属层的厚度为0.001μm至1μm的范围内，由Au、Ni、Pt、Al、Sn、In、Cr、Ti、或其合金所形成。

依据本发明的第四方面，一具有高电阻性的环状部分由离子注入所形成，以替代本发明第一方面中所用的环状渠沟。该由离子注入所形成的具有高电阻性的环状部分提供本发明所必需的电隔绝。

下文的说明与附图将使本发明的这些与其他目的、特征与优点更明显。

附图说明

兹将参照附图详细说明依据本发明的优选实施例。附图中：

图1显示现有的蓝光LED的剖面图；

图2显示图1的现有的蓝光LED安置于一杯型引线框上的剖面图；

图3显示图1的现有的蓝光LED的电极的排列的顶视图；

图4A至4E显示依据本发明第一实施例的蓝光LED的制造步骤的剖面图；

图5显示图4E的蓝光LED的电极的排列的顶视图；

图6显示图4E的蓝光LED安置于一杯型引线框上的剖面图；

图7显示依据本发明第二实施例的蓝光LED的剖面图；

图8显示依据本发明第三实施例的蓝光LED安置于一杯型引线框上的剖面图；以及

图9显示依据本发明第四实施例的蓝光LED的剖面图。

[符号说明]

90      离子注入

91      环状离子注入部分

101     蓝宝石基板

102     n型GaN型化合物半导体层

103     有源层

104     p型GaN型化合物半导体层

105     n型电极

106     p型电极

107     杯型引线框

108     金属接合线

109     金属接合线

110     分离的引线框

111     接合垫

40      环状渠沟

400     蓝光LED

400a    侧壁

400b    底表面

401     绝缘基板

402     n型层

402a    显露表面

402b    受覆盖表面

403     n型束缚层

403a    中央n型束缚层

403b    周缘n型束缚层

404     有源层

404a    中央有源层

404b    周缭有源层

405     p型束缚层

405a    中央p型束缚层

405b    周缘束缚层

406     p型层

406a    中央p型层

406b    周缘p型层

407     透明的接触层

409     p型电极

410     弹性卷带

411     导电层

700     蓝光LED

701     附着层

800     蓝光LED

801     导电层

802     p型电极

803     接合垫

900     蓝光LED

具体实施方式

第一实施例

图4A至4E显示依据本发明第一实施例的蓝光LED 400的制造步骤的剖面图。

参照图4A，一厚度为3μm至5μm的n型层402首先形成于一绝缘基板401上。绝缘基板401通常由蓝宝石所形成。在n型层402上，一厚度为0.1μm至0.3μm的n型束缚层403，一厚度为500至2000的用以发光的有源层404，一厚度为0.1μm至0.3μm的p型束缚层405，以及一厚度为0.2μm至1μm的p型层406依次形成。这些层402至406中的每一层是由一GaN型化合物半导体材料所形成。举例而言，可采用四元化合物半导体材料In_xAl_yGa_1-x-yN以形成具有不同导电类型与杂质浓度的各层402至406，其中摩尔数x，y满足0≤x＜1，0≤y＜1与x+y＝1。应注意的是：依据本发明的蓝光LED 400的结构可为任何期望的形式，亦即蓝光LED 400的实际结构不限于第一实施例中所说明的情况。例如，p型层和n型层的次序是可能互换的。

参照图4B，一借助于现有的光掩模与蚀刻，形成一环状渠沟40与蓝光LED 400中。通过精确控制蚀刻时间，环状渠沟40的深度足够使p型层406分离成一中央p型层406a与一周缘p型层406b，使p型束缚层405分离成一中央p型束缚层405a与一周缘束缚层405b，使有源层404分离成一中央有源层404a与一周缘有源层404b，使n型束缚层403分离成一中央n型束缚层403a与一周缘n型束缚层403b，并且使n型层402显露出。n型层402以受到轻微蚀刻为佳，使得n型层402的显露表面402a低于n型层402的受覆盖表面402b，亦即n型层402与中央n型束缚层403a间的介面。在此实施例中，蚀刻制作工艺以干式蚀刻制作工艺为佳。

参照图4C，一p型电极409形成于中央p型层406a的表面上。p型电极409可由任何能与p型GaN型化合物半导体材料形成p型欧姆接触的金属所形成。在此实施例中，举例而言，p型电极409由Ni、Ti、Al、Au、或其合金所形成。在p型电极409的形成过程中，最好安插一厚度为50至250的透明的接触层(transparent contact layer，TCL)407于中央p型层406a与p型电极409间，以实质上覆盖中央p型层406a的整个表面，藉而同时增加蓝光LED 400的发光效率与电流分散均匀度。TCL 407为一透光的欧姆接触层，其由一导电材料，例如Au、Ni、Pt、Al、Sn、In、Cr、Ti、或其合金所形成。

参照图4D，一由聚氯乙烯(polyvinyl chloride，PVC)所形成的弹性卷带410随后配置于蓝光LED 400上，以覆盖蓝光LED 400的顶侧。所以，仅有侧壁400a与蓝光LED 40的底表面400b显露出。

参照图4E，随后涂覆一导电层411，以直接覆盖蓝光LED 400的侧壁400a与底表面400b，从而，提供一n型电极。此时，蓝光LED 400的顶侧由弹性卷带410所保护，以免接触于导电层411。关于导电层411的材料，可使用任何能与n型层402形成n型欧姆接触的金属。举例而言，导电层411的材料可为Au、Al、Ti、Cr、或其合金。在导电层411形成之后，移除弹性卷带410，以显露蓝光LED 400的顶侧。既然导电层411于n型层402的侧壁处电连接n型层402，故导电层411有效地作为一n型电极。因此，依据本发明第一实施例的蓝光LED 400完成。

图5显示图4E所示的依据本发明第一实施例蓝光LED 400的顶视图。明显地，蓝光LED 400的p型电极409与作为n型电极的导电层411的结构与排列都为对称的。所以，蓝光LED 400中的电流沿着上下方向从p型电极409流至导电层411，且以朝外辐射的方向均匀地分散，如图5中的箭号所指。因此，依据本发明的蓝光LED 400极有效率地实现均匀的电流分散特征。既然电流分散特征是均匀的，故蓝光LED 400中不存在高电流密度点。蓝光LED 400的可靠性与使用寿命大大增强。应注意的是：p型电极409与导电层411的形状不仅限于图5所示的特定形状，而可以为任何期望的形状。

图6显示将依据本发明第一实施例的蓝光LED 400接合至杯型引线框107与分离的引线框110上的方式的剖面图。因为导电层411欧姆连接于n型层402且覆盖蓝光LED 400的底表面400b，所以当蓝光LED 400安置于杯型引线框107上时，n型层402经由导电层411而电连接至杯型引线框107的表面。换言之，电连接n型层402于杯型引线框107上不需使用任何接合线。所以，仅有p型电极409与分离的引线框110间的电连接需要使用接合线109。因而，依据本发明的蓝光LED 400实现单一打线接合特征，藉以简化制作工艺复杂度且降低制造成本。

而且，覆盖蓝光LED 400的侧壁400a与底表面400b的导电层411不只提供一ESD防护路径，更作用如同一镜状反射器，使从中央有源层404a发出的光被反射回，藉以增加蓝光LED 400的发光效率。

第二实施例

图7显示依据本发明第二实施例的蓝光LED 700的剖面图。在图7中，蓝光LED 700的相似于图4A至4E所示的蓝光LED 400的元件由相似的参考符号所代表。为简化说明，下文中仅说明第二实施例不同于第一实施例之处。

在蓝光LED 700的制造过程中，除了在导电层411形成之前，涂覆一附着层701以覆盖LED结构700的侧壁400a与底表面400b以外，所有步骤皆相同于图4A to 4E所示的蓝光LED 400的制造步骤。附着层701用以增强绝缘基板401的侧壁与底表面和导电层411间的粘附性。附着层701的材料可为Ti、Ni、Al、Cr、Pd、或任何可增强绝缘基板401的侧壁与底表面和导电层411间的粘附性的金属。

第三实施例

图8显示依据本发明第三实施例蓝光LED 800的剖面图。在图8中，蓝光LED 800的相似于图4A to 4E所示的蓝光LED 400的元件由相似的参考符合所代表。为简化说明，下文中仅说明第三实施例不同于第一或第二

实施例之处。

如第一与第二实施例中所述，产生于中央有源层404a中的光随后经由蓝光LED 400的顶侧，亦即中央p型层406a射出蓝光LED 400。然而，第三实施例提供一种蓝光LED 800，其使产生于中央有源层404a中的光从蓝光LED 800的底侧，亦即绝缘基板401射出。

为了实现第三实施例的蓝光LED 800，导电层801形成为一透光层，以允许产生于中央有源层404a中的光能穿透之。关于透光导电层801，可使用一铟锡氧化物(indium-tin-oxide，ITO)层、一镉锡氧化物(cadmium-tin-oxide，CTO)层，一氧化锌(zinc oxide，ZnO)层、或一薄金属层，该薄金属层的厚度处于0.001μm至1μm的范围内且由Au、Ni、Pt、Al、Sn、In、Cr、Ti、或其合金所形成。

而且，p型电极802形成为基本上覆盖中央p型层406a的整个表面。在第三实施例中，p型电极802作为一镜状反射器以反射中央有源层404a中所产生的光，藉而增加蓝光LED 800的发光效率。

当第三实施例的蓝光LED 800于杯型引线框107上时，蓝光LED 800翻转成正面朝下，以电连接p型电极802于杯型引线框107的表面上，如图8所示。继而，透光导电层801经由一接合线109而电连接至分离的引线框110。为增强透光导电层801与接合线109间的接合强度，以使用一接合垫803为佳。

类似第一与第二实施例，第三实施例的蓝光LED 800仅需一接合线109，尽管安置方位不同。因而，蓝光LED 800也实现单一打线接合特征，藉以简化制作工艺复杂度且降低制造成本。而且，覆盖蓝光LED 800的绝缘基板401的侧壁与底表面的透光导电层801提供一ESD防护路径。第四实施例

图9显示依据本发明第四实施例蓝光LED 900的剖面图。在图9中，蓝光LED 900的相似于图4B所示的蓝光LED 400的元件由相似的参考符号所代表。为简化说明，下文中仅说明第四实施例不同于第一实施例之处。

在图4B所示的第一实施例中，形成有环状渠沟40以分离中央p型层406a与周缘p型层406b、分离中央p型束缚层405a与周缘束缚层405b、分离中央有源层404a与周缘有源层404b、并且分离中央n型束缚层403a与周缘n型束缚层403b。既然环状渠沟40可被视为一具有极高电阻性的环状空气间隙，故由环状渠沟40所提供的分离实际上是一种电隔绝。就此点而言，任何提供必要的电隔绝的高电阻性元件皆可替代环状渠沟40且有效地实现本发明。

第四实施例是用以有效形成电隔绝的一个例子。参照图9，一离子注入90进行于蓝光LED 900的一环状区域处，以形成一环状离子注入部分91。通过精确控制离子能量，环状离子注入部分91的深度设定成延伸至n型层402。既然注入环状离子注入部分91中的离子破坏其晶体结构，藉以大大增加电阻性，故环状离子注入部分91有效地分别提供一高电阻性隔绝予中央p型层406a与周缘p型层406b、中央p型束缚层405a与周缘束缚层405b、中央有源层404a与周缘有源层404b、以及中央n型束缚层403a与周缘n型束缚层403b。

上述实施例是结合蓝光LED来介绍的，但是本领域的技术人员应当理解，本发明也适合其他LED的制造。

虽然本发明业已借助于优选实施例作为例示加以说明，应了解的是：本发明不限于被揭露的实施例。相反地，本发明意欲涵盖对于本领域的技术人员而言为明显的各种修改与相似配置。因此，权利要求所限定的范围应根据最广的诠释，以包容所有此类修改与相似配置。

Claims (7)

1.一种发光二极管装置的制造方法，包括下列步骤：

准备一绝缘基板；

形成一第一GaN型半导体层于该绝缘基板上；

形成一有源层于该第一GaN型半导体层上方，用以产生光；

形成一第二GaN型半导体层于该有源层上方；

形成一环状隔绝部分，以使该第二GaN型半导体层分离成一中央第二GaN型半导体层与一周缘第二GaN型半导体层且使该有源层分离成一中央有源层与一周缘有源层；

形成一第一电极于该中央第二GaN型半导体层上且未电连接至该周缘第二GaN型半导体层；

以一弹性卷带覆盖该第一电极；以及

涂覆一导电层，以完全覆盖该绝缘基板的侧壁与底表面且欧姆接触于该第一GaN型半导体层。

2.如权利要求1所述的发光二极管装置的制造方法，其中形成该环状隔绝部分的该步骤借助于蚀刻形成一渠沟。

3.如权利要求1所述的发光二极管装置的制造方法，其中形成该环状隔绝部分的该步骤借助于离子注入形成一电阻性部分。

4.如权利要求1所述的发光二极管装置的制造方法，还包括下列步骤：

在涂覆该导电层的该步骤之前，形成一附着层于该绝缘基板的侧壁与底表面上。

5.如权利要求1所述的发光二极管装置的制造方法，其中该导电层形成为一镜状反射器。

6.如权利要求1所述的发光二极管装置的制造方法，其中该导电层选自于由一铟锡氧化物层、一镉锡氧化物层、一氧化锌层、以及一薄金属层所组成的族群中的一层，该薄金属层的厚度处于0.001μm至1μm的范围内，由选自于由Au、Ni、Pt、Al、Sn、In、Cr、Ti、以及其合金所组成的族群中的一材料所形成。

7.如权利要求1所述的发光二极管装置的制造方法，其中该弹性卷带是由聚氯乙烯所形成。

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